PolycrystallineSilicon生产技术x[116页]

多晶硅生产内 部 资 料 II2008年2月6日目录8 尾气回收利用 1103-1168.1 尾气回收的方法 18.1.1 冷冻法 第八章 尾气回收利用前言20世纪50年代，联邦德国西门子公司研究开发出大规模生产多晶硅的技术，即通常所说的西门子工艺。这种方法主要考虑如何获得高纯度的多晶硅，而对于在这个生产过程中所产生的尾气则没有加以考虑。后来随着生产规模的不断扩大，多晶硅生产技术的发展，多晶硅生产厂商认识到如果不对尾气进行回收和利用，多晶硅的成本将不可能降低，产品的市场竞争力也将会大大减弱。而且多晶硅生产过程中产生尾气的直接排放也无法满足世界各国日益严格的环境保护要求。因此在传统西门子工艺的基础上，逐渐发展起来了具有节能降耗、尾气回收利用的多晶硅生产工艺，即改良西门子工艺。尾气的回收就是将尾气中有用成分，只要是H2、SiHCl3、SiCl4和HCl等，通过物理和化学的方法使之分离，经过提纯后再应用于生产中。在多晶硅生产过程中，尾气主要来自于以下三个工序，即SiHCl3合成工序，SiHCl3氢还原工序，SiCl4氢化工序。由于各个工序的作用不同，其尾气的成分也有很大的差别。最早应用于生产中的回收方法是冷冻法，但是由于这种方法存在的不足，现在已经不常用了。目前对此类尾气的回收大多采用吸附分离法。这种方法是将尾气纳入多晶硅闭循环系统中，通过冷凝、吸收和脱吸，以及吸附等手段，可以将尾气中的主要成分的回收率都提高到98%以上，而且回收得到的H2和HCl的纯度很高，可以直接用于生产过程中。而SiHCl3和SiCl4则经过精馏提纯后用于生产中。8.1 尾气回收的方法多晶硅生产中的尾气回收，主要有以下两种方法，即冷冻法和吸附分离法。由于这两种方法所采用的工艺原理互不相同，因此在工艺流程、工艺设备、操作条件等方面差别很大。下面分别对这两种尾气回收方法加以介绍。8.1.1 冷冻法冷冻法的基本工艺原理是利用尾气中不同组分的沸点差异(表 1)，对尾气采取逐级降温的方式，将不同沸点的组分分离开来，从而达到回收的目的。降温过程中，首先将沸点较高的氯硅烷组分( SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2 )冷凝成为液体分离出来。然后将剩下的混合气体 ( 主要成分是H2和HCl ) 进行深冷，使其温度达到 -180左右，此时HCl被冷凝成液态，达到与H2分离的目的。经过这一系列的步骤后，最终的气体只有 H2 ，可以直接返回原来的工序中使用。而被冷凝下来的氯硅烷液体则被送到精馏工序，将SiHCl3和SiCl4进行分离和提纯后，SiHCl3 返回还原工段，SiCl4 被送往氢化工序或用于生产其他产品。液态的HCl被蒸发成气态后送往SiHCl3合成工序。表 1 一个大气压下尾气各组分的沸点组分名称SiHCl3SiCl4SiH2Cl2HClH2沸点，31.857.612-84.9-252.7在冷冻回收生产过程中，尾气首先经过用大约为-40盐水作为制冷剂的一级冷却。在这里，尾气中的氯硅烷组分被充分冷凝后变成液态。经过一级冷却的尾气随后进入二级冷却(深冷)，二级冷却采用液态N2作为制冷剂，在这里HCl也被冷凝成为液态，实现了将 H2 和HCl分开的目的。最终得到的 H2 经过简单的过滤以及干燥等处理后即可返回原来工序直接使用。冷冻法流程示意图如下：冷冻法工艺流程较短，在整个过程中物料都不与系统管道和容器以外的其它物质接触，因此不容易引入污染物，所得到的产品纯度很高。冷冻法主要采用低温深冷(要冷冻到大约 -180)的方法，因此对设备的要求很高。需要采用特殊材质，对设备的制造要求也很高，不能出现泄露，保温也要做得很好。要达到如此低的温度，需要使用巨大数量的液氮(沸点为-196)，因此还需要一套生产、运输液氮的系统。一方面这些低温设备的价格都比较昂贵，另一方面是低温设备的维修很困难。因此，在实际生产中，冷冻法已经很少运用了。8.1.2 吸附分离法吸附分离法采用氯硅烷将HCl吸附的方法分离出尾气中的HCl，对氯硅烷则采用一般冷冻(约 -40)的方法进行回收。与冷冻法的最大区别在于，吸附分离法不时把 HCl进行深冷、使之被冷凝成液态后回收，而是利用 HCl 可以大量溶解于氯硅烷而H2 基本不溶于氯硅烷的特性，用氯硅烷将HCl吸收，然后再将HCl从氯硅烷中脱吸出来。从而达到使H2和HCl分离的目的。吸附分离法主要工艺流程由四大部分组成,即：鼓泡喷淋、压缩冷淋、吸收和脱吸、活性炭吸附。整个过程的流程示意图如下：尾气经过低温氯硅烷鼓泡喷淋，其中大部分氯硅烷被冷淋下来；然后混合气被压缩机压缩到一定压力后，再进行低温冷凝，其中剩余的氯硅烷也被冷凝下来；混合气中就只剩下氢气和 HCl，为了分离出 HCl，采用氯硅烷吸收 HCl的办法，吸收了 HCl 的氯硅烷被送到脱吸塔进行脱吸，HCl 从氯硅烷溶液中被分离出来，剩下的氯硅烷再返回去作吸收剂；而剩下的氢气中还含有少量的 HCl 和氯硅烷，因此需要用活性炭吸附处理，以除去氢气中的少量杂质，得到的纯净氢气可以返回原来的工序中继续使用。下面就吸附分离法的各个步骤作进一步详细介绍。8.1.2.1 鼓泡喷淋鼓泡喷淋就是将尾气通入低温 (大约是 -40)氯硅烷溶液中进行鼓泡，同时用低温氯硅烷液体淋洗经过鼓泡出来的尾气。喷淋用的低温氯硅烷液体是循环使用的，有一冷冻装置将循环液体保持在低温状态。在鼓泡和喷淋的过程中，尾气被低温液体冷到0以下，尾气中的大部分氯硅烷被冷凝成为液体，并通过管道流进氯硅烷储罐中，经过淋洗的尾气从塔顶部排出后进入压缩冷凝部分。整个过程如下图所示：这个部分的主要作用是冷凝收集尾气中的大部分氯硅烷。通过低温鼓泡喷淋，还对尾气起到清洗作用。尾气中常常含有一些硅的高聚物，如硅油等，如果这些杂质进入设备(如压缩机或列管冷凝器) 中，将会黏附在设备内部使设备的性能下降，比如可能造成列管式冷凝器的传热效率降低(这也是在此不采用常规的列管式冷凝器而采用鼓泡喷淋的原因之一)。在处理尾气时需要首先将这些杂质除去。采用低温氯硅烷液体鼓泡喷淋的方法就可以实现这一目的，将硅的高聚物冷凝后随氯硅烷液体排出，避免进入后面的工序中。8.1.2.2 压缩冷淋经过鼓泡喷淋过后的混合气，主要为氢气、HCl以及少量的氯硅烷，为了将其中的氯硅烷进一步冷凝下来，并由利于接下来的吸收操作，需要将混合气送至压缩机加压。加压后的混合气体经过冷凝器冷凝后即可分离出其中的氯硅烷，混合气体中只剩下氢气和HCl。过程示意图如下：为了获得所需的压力，压缩机通常采用两级压缩。当混合气被压缩至一定压力后，混合气的温度会有所升高，因此需要在一、二级压缩器之间和压缩后用冷却水对混合气进行冷却。尾气压缩机的要求十分严格，绝对不能有泄露，因为泄露出的HCl会腐蚀设备，严重时可造成设备报废。经过加压后的混合气易于冷凝除去其中的少量氯硅烷。混合气加压后，其中氯硅烷的分压增大，大于同温度下氯硅烷的饱和蒸汽压，因此就被冷凝下来。同时，将混合气加压，也是为后面的吸收操作做准备。8.1.2.3 吸收和脱吸吸收就是用低温氯硅烷液体将混合气体中的HCl吸收，将其与 H2 分离，从而得到比较纯净的H2 。经过压缩冷凝后的混合气，其主要成分为 H2 和 HCl，从吸收塔的底部进入吸收塔，低温氯硅烷液体从塔的顶部喷淋而下。作为喷淋液的氯硅烷称为贫液，这是因为其中的 HCl含量较低，可以用于吸收 HCl。塔底进来的混合气中的HCl被贫液吸收，从塔顶部出去的气体基本上全是H2，只含有极少量的HCl和氯硅烷，然后被送到吸附柱进行吸附。贫液吸收了 HCl后成为富液，即富含 HCl的液体。富液从吸收塔底部出来后进入脱吸塔。脱吸塔相当于一个蒸馏塔，下面有再沸器。脱吸塔将进入其中的富液进行蒸馏，富液中的HCl被分离出来，以气态形式从塔顶部出去。蒸馏出来的气态HCl只含有少量氢气和氯硅烷，可以直接用于SiHCl3 合成，被送到合成工序。富液被脱吸出其中的大部分 HCl后，成为富液，又被作为淋洗液送回吸收塔使用。因此，氯硅烷作为 HCl的吸收剂，在吸收塔和脱吸塔之间不断按照贫液富液贫液富液这样循环。由于来自压缩冷凝的混合气中被冷凝下来的氯硅烷液体也会不断进入这个循环中，因此氯硅烷的量将会不断增加，需要将多余的氯硅烷排出，以维持这一体系中循环氯硅烷的流量不变。吸收和脱吸过程中比较关键的几个参数是：循环氯硅烷的流量、吸收塔的压力、吸收塔氯硅烷喷淋液的温度、脱吸塔顶部压力和温度、脱吸塔再沸器的压力和温度等。这些参数共同决定了所回收的 H2 和 HCl 的质量，以及对混合气的处理量，在生产实际中需要加以稳定控制。吸收和脱吸过程示意图如下：8.1.2.4 活性炭吸附从吸收塔顶部出来的 H2 被送到活性炭吸附柱进行吸附，以除去其中含有的极少量氯硅烷和HCl，获得纯净的 H2 。纯氢可以直接返回相应的原工序中使用。这个过程实际是 H2 的吸附净化。活性炭吸附柱至少要有两个以便轮换使用，当其中一个吸附柱工作时，另一个吸附柱就要进行再生。活性炭再生使用的是净化后的氢气。如下图，若1号吸附柱在吸附净化H2 ，则2号吸附柱就在进行再生，从1号吸附柱顶部出来的经过净化后的 H2 中有一部分从2号吸附柱的顶部进入，对2号吸附柱进行再生。由于再生氢带走了2号吸附柱吸附下来的杂质，所以这些再生氢通常要被排放处理掉一部分，另一部分则可以返回尾气回收系统的开端鼓泡喷淋处重新进入系统中加以回收，以便减少系统 H2 的损失。由于吸附是一个放热过程，而再生是一个吸热过程，因此降温有利于吸附，升温有利于再生。所以在实际生产中，要对正在吸附的柱子的内部和外部通冷却液体(冷水或冷油)以带走吸附时放出的热量。对正在进行再生的柱子的内部和外部通加热液体(如热水或热油)以对再生的吸附剂进行加热。同理，保持较高压力有利于吸附过程，而保持较低压力有利于再生过程。在这个过程中，控制吸附柱的温度、压力以及再生H2 的流量是运行的关键参数。经过吸附净化处理后的H2 还需要进行过滤，以除去可能存在的吸附剂粉尘。所以对吸附剂的强度要求较高，不能在使用中生产小颗粒和粉尘。8.2 氢还原生产的尾气在氢还原制备多晶硅的过程中，并不是所有进入还原炉的原料都能充分反应，实际只有很少一部分反应转化为多晶硅。前面所讲到的实收率正是为了表示SiHCl3 转化率而引进的一个参数。在实际的生产过程中，SiHCl3 的氢还原实收率都不足30%，也就是说只有不到30%的SiHCl3 实际转化成为了多晶硅，若采用大流量地配比进料的氢还原工艺，实收率则更低。还有部分原料反应生成了副产物SiCl4 及SiH2Cl2 ，但大部分原料未参与任何反应便被排出了还原炉。另外，出于还原炉内的温度较高，SiHCl3在这样的条件下还可能反应生成一些硅的高聚物，如硅油等，通常将这些高聚物称为尾气中的杂质。整个SiHCl3 的氢还原反应过程比较复杂，但其物料的主要变化可以简单地用下图表示：在氢还原工序的尾气中，含量最多的是H2 ，其次是SiHCl3 ，SiCl4 和HCl，这些物质的纯度都非常高，通过回收再利用，对于多晶硅生产来说具有相当重要的意义。H2 和SiHCl3可以用于氢还原反应制取多晶硅；SiCl4 可以进行氢化，生成SiHCl3也可以作为制取多晶硅的原料；SiCl4 也可以用于制备气相白炭黑和硅酸乙酯等产品；HCl可以返回SiHCl3合成工序，用于生产SiHCl3 。如果将尾气中的这些物质全部排放处理掉，既不利于环保，又势必造成材料的巨大浪费，增加了原料的消耗。因此，对多晶硅生产中的尾气进行回收和再利用，是有效降低多晶硅生产成本的重要手段。8.3 SiCl4氢化工序和SiHCl3合成工序的尾气回收SiCl4氢化工序和SiHCl3合成工序的尾气组成与氢还原工序的尾气组成大致相同，只是在具体组分的含量上有差别，比如氢化工序的尾气中仍是氢气占大部分，但SiCl4的含量高于还原尾气；而SiHCl3合成工序的尾气中SiHC13的含量与氢气几乎相等。因此SiCl4氢化工序的尾气与SiCl4合成工序的尾气的回收也与氢还原工序的尾气回收的原理及过程基本相同，也采用吸附分离法。SiCl4 氢化工序的尾气回收后得到的氢气可以直接返回氢化工序的挥发器中，氯硅烷被送到精馏提纯工序，经过分离和提纯后，SiHCl3被送到氢还原工序，SiCl4则返回氢化工序中使用，HCl被送到SiHCl3合成工序使用。SiHCl3合成工序的尾气回收后得到的氢气可以直接返回HCl合成炉中，氯硅烷经过精馏工序的提纯和分离后，其中的SiHCl3作为原料进入还原工序，SiCl4被送到氢化工序，HCl返回SiHCl3合成工序。这两个工序的尾气回收过程与氢还原工序的尾气回收处理过程完全相同，在此不再逐一对其进行详细阐述，请大家参看氢还原工序的尾气回收过程。 习 题 1. 画出完整的氢还原尾气吸附分离回收的流程图。2. 分别对鼓泡喷淋、压缩冷凝、吸收和脱吸、活性炭吸附这四个步骤进行详细叙述。3. 鼓泡喷淋这一步骤的目的是什么? 4. 比较H2和HCl在SiCl4 中的溶解度差异，并说明造成这种差异的原因何三氯氢硅氢还原制备高纯多晶硅1高纯多晶硅生产工艺简介 20世纪50年代，联邦德国西门子公司研究开发出大规模生产多晶硅的技术，即通常所说的西门子工艺。多晶硅生产的西门子工艺，其原理就是在表面温度 1100左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯含硅反应物，使反应生成的硅沉积在硅芯上。改良西门子方法是在传统西门子方法的基础上，具备先进的节能低耗工艺，可有效回收利用生产过程中大量的SiCl4 、HCl、H2等副产物以及大量副产热能的多晶硅生产工艺。 改良西门子法相对于传统西门子法具有以下优点: 节能:改良西门子法采用多对棒、大直径还原炉，可有效降低还原炉消耗的电能；同时对还原炉副产的大量热能进行综合利用。降低物耗:改良西门子法对还原尾气进行了有效的回收，所谓尾气，是指从还原炉中排一出来的混合气体，将尾气中的各种组分全部进行再利用，这样就可大大地降低原料的消耗。 减少污染:改良西门子法是一个闭循环系统，使物料得到充分的利用，排出的废料极少。相对传统西门子法而言，污染得到了控制、保护了环境。 目前世界上的多晶硅工厂普遍采用改良西门子工艺生产多晶硅，其中最主要的是三氯氢硅还原法和硅烷法。三氯氢硅具有合成温度低、沸点低、分子具有弱极性、容易提纯；化学结构的Si-H键能比Si-C键能小，分子对称性比SiCl4差，故其稳定性较低，具有化学活性，易还原成元素单质，实收率较高等特点，因此，三氯氢硅氢还原法是目前应用最广的一种方法。其他还有如二氯二氢硅分解法、四氯化硅氢还原法、四氯化硅热分解法、四氯化硅锌还原法等，均应用较少。硅烷法，其原理是在加热的硅芯上(低于用900) 用硅烷热分解生产多晶硅。硅烷热分解过程的唯一副产物是氢气，但是硅烷的生产过程比较复杂。该工艺主要由日本、美国于二十世纪七十年代开发应用，八十年代进入工业化。 经过半个世纪的发展，多晶硅的制备从生产技术、规模、质量和成本都达到了空前的水平。据报导，2003 年全球多晶硅生产能力己超过 26000 吨，主要集中在美国、日本、德国三个国家。这三国几乎垄断了世界多晶硅市场。多晶硅生产的技术仍在进步发展，比如现在出现的硅棒对数达上百对的还原炉，可以使多晶硅的还原能耗降低到一个新的水平。表 1 多晶硅的主要生产方法方法原料制备方法多晶硅制备原料制备方法精制温度析出位置析出状态三氯氢硅氢还原法SiHCl3Si + 3HClSiHCl3 +H2精馏氢还原SiHCl3+H2Si+3HCl1100硅棒多晶硅棒硅烷法SiH4Mg2Si+NH4ClSiH4+4NH3+2MgCl2吸附或低温精馏热分解SiH4Si+2H2800900硅棒多晶硅棒2三氯氢硅氢还原反应基本原理 用氢气作为还原剂，在11001200下还原SiHC13，是目前多晶硅生产的主要方法。由于氢气易于净化，而且在硅中的溶解度极低，所以用氢气还原生产的多晶硅较其他还原剂(如锌、碘)所制得的多晶硅纯度要高得多。2.1 三氯氢硅氢还原反应原理 SiHCl3和H2混合，加热到900以上，就能发生如下反应： 同时，也会产生SiHCl3的热分解以及SiCl4的还原反应: 此外，还有可能有以及杂质的还原反应：这些反应,都是可逆反应，所以还原炉内的反应过程是相当复杂的。在多晶硅的生产过程中，应采取适当的措施，抑制各种逆反应和副反应。以上反应式中，第一个反应式和第二个反应式可以认为是制取多晶硅的基本反应，应尽可能地使还原炉内的反应遵照这两个基本反应进行。2.2 SiHCl3氢还原反应的影响因素 2.2.1 反应温度 SiHCl3被氢气还原以及热分解的反应是吸热反应。所以，从理论上来说，反应的温度愈高则愈有利于反应的进行。例如，以一定的氢气配比，在1240时还原SiHCl3，沉积硅的收率较1000 时沉积硅的收率高大约20% 。此外，反应温度高，硅的结晶性就好，而且表面具有光亮的金属光泽；温度越低，结晶变得细小，表面呈暗灰色。反库温度也不能过高，因为:1) 硅与其他半导体材料一样，从气相往固态载体上沉积时有一个最高温度值，反应温度超过这个值时，随着温度的升高沉积速率反而下降。各种不同的硅卤化物有不同的最高温度值，反应温度不应超过这个值。此外，还有一个平衡温度值，高于该温度才有硅沉积出来。一般说来，在反应平衡温度和最高温度之间，沉积速率随温度增高而增大。2) 温度过高，沉积硅的化学活性增强，受到设备材质沾污的可能性增加，造成多晶硅的质量下降。3) 直接影响多晶硅品质的磷硼杂质，其化合物随温度增高，还原量也增大， 从而进入多晶硅中，使多晶硅的质量下降。 4) 温度过高，还会发生硅的腐蚀反应:所以过高温度是不适宜的。但是温度过低对反应也不利，例如在 9001000 时，S1HC13的还原反应就不是主要的，而主要是SiHCl3的热分解反应，将导致SiHC13的转化率降低。在10801200范围内，SiHCl3的反应以氢还原反应为主，生产中常采用的反应温度为10801100左右。需要注意的是硅的熔点为1410，与反应温度比较接近，因此生产中应严格控制反应温度的波动，以免温度过高使硅棒熔化倒塌，造成较大损失。图1 反应温度对还原反应的影响2.2.2 反应配比在这里要先介绍摩尔的概念，摩尔又称物质的量，1摩尔 (mol) 物质含有6.021023个分子，如果是气体，则1摩尔气体在标准状态下 (温度为0 ，压力为1个大气压)的体积为约22.4升。物质的摩尔数(m)与质量的关系为:如果质量的单位为kg，则算出的摩尔数单位为千摩尔(kmol ) ,如果质量的单位为g ,则算出的摩尔数单位为摩尔(mol)。例:计算30升液态SiHCl3的摩尔数及蒸发为气体后在标准状态下的体积，已知液态SiHC13的密度为1.32公斤/升，SiHCl3的分子量为135.5。SiHC13的质量为 M=301.32=39.6kgSiHC13的摩尔数为 m= 39.6135.5=0.29 kmol 在标准状态下的气体体积为 V=0.2922.4=6.5m3还原反应时,氢气与 SiHC13 的摩尔数之比 (也叫配比对多晶硅的沉积有很大影响。只有在较强的还原气氛下，才能使还原反应比较充分地进行，获得较高的SiHC13 转化率。如果按反应式计算所需的理论氢气量来还原SiHC13 ,那么不会得到结晶型的多晶硅，只会得到一些非晶态的褐色粉末，而且收率极低。增加氢气的配比，可以显著提高SiHC13的转化率。图4-2表示SiHC13在不同氢气配比情况下的理论平衡转化率。图2 SiHC13在不同氢气配比情况下的理论平衡转化率通常，实际的转化率远远低于理论值。一方面是因为还原过程中存在各种副反应，另一方面是实际的还原反应不可能达到平衡的程度。但是，总的情况仍然是还原转化率随着氢气与SiHC13 的摩尔比的增大而提高，如氢气与SiHC13 的摩尔比为15时，转化率为28%，摩尔比为30时，转化率可达到近40%，如果氢气与SiHC13 的摩尔比更大一些，那么SiHC13 的转化率还会更高。氢气与SiHC13的配比不能过大，因为：1) 氢气量太大，稀释了SiHC13 的浓度，减少SiHC13 分子与硅棒表面碰撞的机会，降低硅的沉积速度，也就降低了单位时间内多晶硅的产量。同时，大量的氢气得不到充分的利用，增加了消耗。2) 从BC13, PCI3的氢还原反应可以看出，过高的氢气浓度不利于抑制B、 P的析出，从而影响产品质量。 由此可知，配比增大，则SiHC13的转化率也增大，但是多晶硅的沉积速率会降低。以前国内生产多采用H2 : SiHC13=10：1(摩尔比)的配比，以获得较高的SiHC13一次转化率；现在普遍采用较低的配比，以求提高多晶硅的沉积速率。对于低配比所带来的SiHC13一次转化率降低的影响，可以通过尾气回收未反应的SiHC13 ，返回多晶硅还原生产中去使用，从而保证SiHC13 得到充分利用。2.3 反应气体流量在选择了合适的气体配比及还原温度条件下，进入还原炉的气体量越大，则沉积的速度越快，炉内多晶硅产量也越高。在同样的设备内，采用大流量的气体进入还原炉，是一种提高生产能力的有效办法。这是因为，流量越大，在相同时间内同硅棒表面碰撞的SiHC13 分子数量就越多，硅棒表面生成的硅晶体也就越多。同时，气体流量大，通过气体喷入口的气流速度也大，能更好地造成还原炉内气流的湍动，消减发热体表面的气体边界层和炉内气体分布不均匀的现象，有利于还原反应的进行。图4-3表明，SiHC13通入还原炉的量增大时，沉积多晶硅的速度加快，生成的硅量也增加。图3 多晶硅生长速度与SiHCl3流量的关系但是，SiHC13的流量增大，会造成SiHC13在炉内的停留时间太短，使SiHC13转化率相对降低。如果具备有效的尾气回收技术，则可以回收未反应的SiHC13再重新投入反应，从而可以采用大流量的生产工艺，以提高多晶硅沉积速率及产量。2.4 发热体表面积随着还原过程的进行，生成的硅不断沉积在发热体上，发热体的表面积也越来越大，反应气体分子对沉积面(发热体表表面) 的碰撞机会和数量也增大，有利于硅的沉积。当单位面积的沉积速率不变时，表面愈大则沉积的多晶硅量也愈多。因此多晶硅生产的还原反应时间越长，发热体直径越大，多晶硅的生产效率也越高。例如，发热体总长为6米左右的还原炉，当发热体最终直径不同时，其生产能力粗略计算如下：发热体直径 mm20304050生产能力 g/h80110140170所以，在电器设备容量及电流足够大的情况下，尽可能延长多晶硅的生产时间，使其发热体表面积尽量大，有利于提高生产效率。图 4 表明，发热体的直径随时问成正比。在生产中，进入还原炉的体量(简称进料量)也要随发热体直径的增大而增大，否则表面积增大了，进料量跟不上,硅的沉积速度也不会增加。进料量常用的控制方法有两种，一种是设定好供料程序表(即供料量与生产时间的关系表，如图 5 ) ，按时间调整进料量，如在 8 小时处SiHC13的进料量为65kg/h，在16小时处进料量按供料表调整为90 kg/h , 如此类推直至反应结束；另一种是根据硅棒直径控制进料量，比如，先测出当前硅棒的直径为 60mm，然后根据硅棒直径同进料量的关系式计算出SiHC13 的进料量应该为300 kg/h，如此直到反应结束。这两种方法均可实现计算机自动控制。图 4 发热体直径与生长时间的关系图5 SiHC13流量与时间的关系2.5 沉积硅的载体沉积硅的载体，既是多晶硅沉积的地方，又要作为发热体为反应提供所需的温度。作为沉积硅的载体材料，一般要求材料的熔点高，纯度高，在硅中的扩散系数小，以避免在高温下对多晶硅产生沾污，又应有利于沉积硅与载体的分离。在早期的多晶硅生产中，常采用金属钽丝和钼丝作为载体。用金属丝作载体，最终需要分离多晶硅与载体，金属载体与多晶硅存在接触污染，必须除去多晶硅产品的受污染层，使多晶硅损耗量较大。现在的多晶硅生产普遍采用多晶硅制成的硅芯作为载体，硅芯本身纯度很高，避免了对产品的污染，已经不需要分离多晶硅和载体了。为了使载体发热，采取的方法是给载体通入电流，就如同电阻丝一样，通过控制电流的大小来控制其温度。如何给作为载体的硅芯通上电流呢？硅芯本身是高纯半导体，具有电阻率随着温度升高而降低的特性，常温下几乎不导电，需要很高电压才能将其“击穿”导电(所谓“击穿”，是指硅芯在几千伏高电压下，会有微小电流流过硅芯，使其发热逐渐转变为导体的过程)；当硅芯温度升高到约700时，已经可以很好地导电了。据此，通常采用两种方法给硅芯通入电流即启动还原炉。高压击穿：在较低温度下，给硅芯两端加上数千伏的高压，将硅芯击穿成为导体通入电流。预热启动：根据硅芯电阻率随温度升高而降低的规律，对硅芯进行预热升温，其温度到达一定程度后，电阻率大幅度下降，此时加上较低的电压便可给硅芯通入电流。常用的预热方法有等离子体预热和石墨棒预热等。等离子体预热：将氮气电离，形成上千摄氏度的高温等离子体，通入到还原炉内，对硅芯进行加热。石墨棒预热：在还原炉内安装一对石墨棒，由于石墨是导体，就像电阻丝一样通入电流，可以将炉内的硅芯加热。硅芯的制备硅芯的制备方法有两种：切割法和拉制法 1) 、切割法切割法是指将多晶硅捧纵向切割，得到截面约为77mm或其他尺寸的长条硅芯。切割法制作硅芯效率很高，可一次制作多根硅芯。切割的硅棒示意图如下：切割通常在专门的切割机床上进行。由于多晶硅质地坚硬而易碎,因此在切割过程中可能会发生破碎或断裂现象,需要尽量避免。用于切割硅芯的原料多晶硅棒是用特别的工艺生产的，直径约为80mm ，其表观应具备表面不粗糙，结晶致密，直径均匀的特点。由于要切除硅棒的两端，切割好的硅芯长度会比原料多晶硅棒的长度短,如果直接用这种硅芯作为种子生产多晶硅产品，得到的产品长度就会更短；用这样的多晶硅棒切割硅芯，得到的硅芯会越来越短。为了能生产出长度合乎要求产品，需要对硅芯进行焊接，以确保硅芯的长度。采用在保护气氛下高频熔接是焊接硅芯的可行方法。在焊接时需要仔细，使被焊接的两截硅芯形成一条直线，避免焊接时对硅芯造成的氧化，捍接点要牢固，不易脱落。2)拉制法这种方法是用多晶硅棒作为原料，在高频炉中将硅棒局部熔化，然后用“籽晶”熔接，并以一定的速度向上提拉，拉成直径约 7mm ，长2 m的硅心，在硅心的末端留有大头，并切割出凹槽以便搭接横梁用。拉制过程中，应该严格地控制硅芯的质量。要选用没有氧化夹层, 基磷 、基硼含量比较低的多晶料来拉制硅芯。拉制法得到的硅芯纯度高，不需焊接。但拉制法速度慢，硅芯产率低，如果硅芯的需求量大，需配置多台硅芯炉。在硅芯的制备过程中，硅芯的表面会被污染，不能直接装入还原炉，需要对硅芯进行清洁处理，即对硅芯进行腐蚀清洗。通常采用浓硝酸和氢氟酸的混合液(硝酸和氢氟酸的体积比为5:1)对硅芯进行腐蚀。氢氟酸能将二氧化硅溶解生成氟化硅，但单纯的氢氟酸对硅的腐蚀作用极慢，通常在氯氟酸的腐蚀液中加入定量的氧化剂(浓硝酸)，其作用是使硅氧化为二氧化硅。但是由于 SiO2 是难溶的物质，既不溶于水，也不溶于硝酸，因此它形成的氧化膜阻止了硝酸进一步腐蚀硅，此时氢氟酸便可将这层氧化膜溶解掉，使硝酸继续腐蚀硅。腐蚀过程使硅芯表面剥离一层，然后用高纯水进行严格清洗并烘干备用。(三)还原过程中的计算2.5.1 实收率实收率是指每炉多晶硅产量与所用的 SiHC13 料中的含硅量之比。实收率的计算公式如下：式中： WSi 沉积硅的重量VSiHCl3 所耗 SiHC13体积(升)D SiHCl3 SiHC13的比重(1.32公斤/升)MSi 硅的分子量(28 ) MSiHCl3 SiHC13的分子量(135.5)例题 1: 某还原炉的炉产量为700kg , 硅芯总重为 35kg ，所耗SiHC13 14182 升,求此炉的实收率为多少？解：已知WSi =700-35 = 696.5 kg VSiHCl3 =14182 升= 18%答：实收率为 18 % 2.5.2 沉积速度沉积速度是指在还原反应中单位时间内沉积硅的重量。计算公式如下：式中：WSi 沉积硅的重量t 反应时间例题 2 ：某还原炉的炉产量700kg ，硅芯总重为 3.5kg，所需反应时间为145 小时，求沉积速度解： 4.8kg/h答：沉积速度为4.8kg/h沉积速度也表示硅棒的平均生长速度。在还原炉容量大小及硅棒长度、对数相同的清况下，用沉积速度可以比较硅棒的生长快慢。还原炉有 9 对棒、 12 对棒等，当硅棒的对数不同时，其沉积速度也不相同。而表面积越大，沉积速度越快。因此，我们引入沉积速率的概念。所谓沉积速率，是指还原反应中单位时间、单位载体长度上沉积硅量，生产中通常按下式计算：例题 3 : 某还原炉沉积多晶硅 700kg,反应时间 145 小时，硅芯总长38米，求沉积速率。 = 1.27 克/小时厘米答：沉积速率为1.27 克/小时厘米 2.5.3 SiHCl3和H2 配比的计算配比，是指多晶硅生产过程中进入还原炉的原料 H2和SiHCl3的用量之比，通常采用摩尔比表示。选择适当配比，可使实收率提高。配比计算举例如下：例题 4 ：已知某还原炉 H2：SiHCl3 =6：1(摩尔比)，通入炉内的SiHCl3为50升，求氢气的用量。 解: 通入炉内的SiHCl3 的摩尔数 = 501.32/135.5 =0.487kmol 因为：H2：SiHCl3 =6：1(摩尔比) 所以: H2的摩尔数为 0.4876 = 2.922 mol H2的体积为：2.92222.4 =65.5 m3 答：氢气的用量为 65.5m3 同理，也可以由氢气的量计算出SiHCl3 的用量3. 三氯氢硅还原工艺3.1 三氯氢硅氢还原的工艺流程SiHCl3氢还原工艺流程见图 6 ：图6 SiHCl3 氢还原工艺流程方框图从精馏塔提纯出来的SiHCl3 料，按照还原工艺条件的要求，经管道连续加入到蒸发器中。经尾气回收系统回收的氢气与来自制氢系统的补充氢气在管路中汇合后也进入蒸发器中，使蒸发器中的SiHCl3 液体在一定的温度和压力下鼓泡蒸发，形成一定配比的H2和SiHCl3的气体。气体沿着管路进入到还原炉中，在表面温度达1100的硅芯热载体上反应，并在载体上沉积出多晶硅来，同时生成HCl、SiH2Cl2、SiCl4气体等，与未反应完的H2和SiHCl3气体一起被排出还原炉，沿管路进入尾气回收系统。在尾气回收系统中，被冷凝、分离、冷凝下来的氯硅烷被送到分离提纯系统进行分离与提纯，然后再返回多晶硅生产中。分离出来的氢气返回氢还原工艺流程中的蒸发器中，循环使用。分离出来的氯化氢气体返回 SiHCl3 合成系统中，用来合成原料SiHCl3少有关尾气回收部分的工艺原理及设备介绍详见“尾气回收利用”一章。3.2 三氯氢硅氢还原中的主要设备 3.2.1 蒸发器蒸发器又叫汽化器或挥发器，只要是由容器、供热部分、供料管道、液位指示、压力指示、温度指示、出气管道、气液分离器组成。如图7所示(图中未画出气液分离器)。有的蒸发器的具体结构可能与图 7 有所不同，但其原理及基本组成是相同的。蒸发器的基本作用是使SiHCl3蒸发为气体，并与H2形成一定配比的，为还原炉提供原料。根据气体的分压定律，混合气中各组分气体的体积比等于其分压之比，根据摩尔的定义，气体的体积比也等于其摩尔比，即：因此，只要确定了混合气中H2和SiHCl3的分压，就确定了混合气的配比(摩尔比)。由于液态SiHCl3的饱和蒸气压与其温度存在以下关系：式中： P 为 SiHCl3饱和蒸汽压，mmHg T 为SiHCl3 温度( 273 ) A 、 B 为常数图 7 蒸发器结构示意图因此只要SiHCl3液体的温度一定，蒸发器中SiHCl3饱和蒸气压就为定值 ， 也就是说可以确定混合气中SiHCl3的分压 PSiHCl3 。混合气的压力等于由各组分气体的分压之和，即 ：P总 = PSiHCl3 + PH2这样，在PSiHCl3确定的情况下，只需要控制混合气的总压 P总 ，就可以得到需要的氢气分压PH2 ，所需的混合气配比就可得到控制。混合气总压的控制是通过调节进入蒸发器的氢气流量来确定的，总压升高则减小氢气流量，总压降低则增大氢气流量，以维持总压的恒定。液体的蒸发是一个吸热过程，需要给SiHCl3 液体加热，以便维持SiHCl3 的温度，通常是采用热水加热的方法。总的说来，在蒸发器中，蒸发出去的液SiHCl3由进料管补充，以维持容器中的SiHCl3液位恒定；用热水对容器中的液体SiHCl3加热，以提供所需的汽化热，维持液体SiHCl3温度恒定，从而使SiHCl3的分压恒定；通过控制进入的氢气流量来控制容器中的压力恒定，可以得到氢还原所需的配比。要得到不同配比的，可以改变蒸发器的温度、压力的控制值。3.2.2 还原炉还原的基本结构如图8。图8 还原炉结构示意图现在的还原炉一般采用钟罩式结构，由炉筒(钟罩)、底盘、电极、窥视孔、进出气管等组成，一般采用不锈钢制成，以减少设备材质对产品的沾污。还原炉的内壁平滑光亮，炉筒和底盘均有夹层，可以通热水带走辐射到炉壁上的热量，以保护炉体和密封垫圈。炉顶设安全防爆孔及硅芯预热装置。炉体上还设有窥视孔，通过它可以观察了解炉内的各种情况。进出气管可采用夹套式，出气管在外面包住进气管，设计这种结构是为了利用热的还原尾气初步预热进炉的混合气，并使尾气得到初步的冷却。还可采用进出气管分开，散布在底盘上的结构，这种结构主要用于大还原炉，可以有效地分布进炉混合气，使炉内气体分布均匀，有利于硅棒的均匀生长。还原炉的进气管，将混合气体高速喷入炉内，冲破硅棒表面的气体边界层，造成炉内气氛的湍动，使炉内的气氛均匀，有利于还原过程的进行。进气管喷口的高度一般都与电极高度差不多。底盘是夹套式的，在底盘上布置有一定数量的电极，炉内的载体(硅芯)就坐放在电极上，还原炉的电源通过电极向载体供电，使载体发热，提供炉内反应所需的温度。电极一般用铜制成。电极中间是空心的，可以通冷却水进行冷却，以防止电极的密封垫圈损坏，电极与载体用石墨夹头进行连接。载体与炉壁、载体与载体的间距的原则是既要考虑硅棒的最大生长直径和对炉壁热辐射，又要考虑有效利用炉体空间和设备材料。如果炉壁与载体过近，特别是生长后期，硅棒直径不断长粗，使炉壁温度升高，当达到一定温度时，炉壁上也会沉积出硅，在进一步沉积过程中，这部分硅散裂而被气流带至硅棒载体表面，使硅棒表面粗糙或夹杂气泡，将影响多晶硅的品质。同时，高温下来自炉壁材料的沾污也增加了。若距离太大，会影响气流循环并降低还原效率，同时造成炉体空间的浪费。3.3 还原工艺操作 3.3.1 开炉前的准备开炉前的，必须严格清洗设备，清洗还原炉的各部件，清洗发热体。在安装硅芯之前，首先用纱布擦去炉内各部分的沉积物，对于不易擦掉的沉积物可用 20%的氢氧化钠溶液擦洗，接着用水洗至中性，最后，用无水酒精等擦拭炉体各部分，经干燥后将炉体封闭，保护炉体免受潮湿。还原炉的所有表面、底盘及电极等当被彻底清洁，目的是除去微量的氯硅烷、锈迹、灰尘以及其他可能导致产品污染的成分。装炉是指将载体(硅芯)安装在还原炉内。在装炉过程中，要使硅芯牢固地插放在石墨头上，石墨头要与电极接触良好。整个过程要十分仔细，以免使硅芯折断，造成损失。经过清洁处理后的设备、部件、发热体，都不应该用手直接接触，在安装时，要带聚乙烯薄膜类手套以防止造成污染。目前，许多半导体级多晶硅生产厂都将还原炉装置安装在洁净厂房(例如清洁度为100000级的厂房)中，为达到这个清洁度要求，厂房内所有人员都必须穿上洁净防护服。 3.3.2工艺过程简述开炉前的一切准备工作和安装工作完成后，则封闭还原炉，并确认冷却水已通入炉筒、底盘、电极以及一切需要通冷却水的地方。然后往炉内通入纯氮气以置换出炉内的空气，完成后再通入纯氢气以置换出氮气。之后便可进行高压启动或硅芯预热启动。当启动完成，硅芯通上电流并达到所需的温度后，还要在连续的氢气流中灼烧一段时间。之后，确定蒸发器的温度、压力、液位达到要求以及出来的混合气配比达到要求后，便可将混合气体按照所需的流量通入还原炉中，还原反应立即开始。在正常反应过程中，随着多晶硅在硅芯表面上的沉积，硅芯变粗为硅棒，硅棒继续长粗，直到达到所需的直径。由于硅棒横截面积的增大，硅棒的电阻变小，因此为了保持硅棒表面所需的反应温度，就要随着硅棒直径的增大而增大硅棒电流，此时硅棒电压会下降，但是硅棒消耗的总功率会增大。同时，硅棒的直径增大使硅棒的表面积也增大。在前面我们讨论过，发热体的表面积增大会使多晶硅沉积速度加决，因此越是到后期多晶硅的沉积速度越决，这就要求进料量要随之增大，以满足多晶硅沉积速度不断加快的要求。总的来说，在还原过程中，硅芯长粗成为硅棒，硅棒的直径继续增大，同时硅棒的电流也增大，电压下降，功率增加，进料量随着加大。3.3.3 停炉当硅棒的直径达到要求后，就可以停止反应，打开还原炉取当硅棒，送到多晶硅的后处理工序处理为最终产品。要停止反应，先要关闭进炉的混合气，同时往炉内通入氢气，经过一段时间后，逐步降低还原炉的电流，直至最终断电。断电后继续往炉内通入氢气直至还原炉冷却下来，再通入氮气置换氢气后，便可以将炉筒吊起，取出里面的硅棒。由于生产的多晶硅是高纯物质，因此整个生产环境的洁挣度要求也很高，对所有的与多晶硅接触的东西都要避免给多晶硅带来污染。在装炉、卸炉以及运送硅棒时要特别重视。3.4 工艺操作条件对多晶硅质量和产量的影响3.4.1 夹层问题在从径向切断的多晶硅棒截面上可能会看到一圈圈的层状结构，即夹层。多晶硅中的夹层一般分为氧化夹层和温度夹层(及无定形硅夹层)两种。(1) 氧化夹层在还原过程中，当原料中混有水汽或氧时，就会发生水解及氧化，形成一层 SiO2 氧化层附在硅棒上。在这种被氧化的硅棒上又继续沉积硅时，就形成了“氧化夹层”，这种夹层在光线下可以看到五颜六色的光泽。酸洗也不能除去这种氧化夹层。由于这种氧化夹层的存在，用多晶硅拉制单晶硅时会产生“硅跳”。为了消除氧化夹层，一般应注意做到： 严格控制入炉氢气的纯度，保证氢中的氧和水分降到规定值以下； 载体加热前要有充分的赶气时间，使炉壁附着的水分赶净； 开炉前对设备认真检查防止漏水现象。(2) 无定形硅夹层(温度夹层)当还原反应是在比较低的温度下进行时，此时沉积的硅为无定形硅，在这种无定形硅上提高反应温度继续沉积时，就形成了暗褐色的无定形硅夹层，由于这种夹层在很大程度上是受温度影响，因此又称为“温度夹层”。这种疏松、粗糙的结构夹层中，常常有许多气泡和杂质，在拉单晶前用酸无法腐蚀处理掉，在拉晶熔料时，轻者使熔硅液面波动，重者产生“硅跳”以至于无法使用。为了避免无定形硅夹层的形成，应注意下列几点： 硅棒的电流上升要平稳，不能忽高忽低； 避免进炉的流量发生大的波动； 突然停电或停炉时，先要停止进料。采用合理可靠的自动控制系统，通过准确地测定硅棒表面的速度来控制硅棒电流，使硅棒的电流紧随着硅棒表面的温度变化而迅速变化，将有效避免“温度夹层”的出现。3.4.2 “硅油”问题“硅油”是一种大分子量的硅卤化物(SiCl2)nH2N ,其中含硅 25 呈油状的物质，这种油状物是在还原炉中低温部位产生的(低于 300 )，往往沉积在炉壁、底盘、喷口、电极及窥视孔石英片等冷壁处。硅油的产生，导致大量的硅化合物的损失，降低实收率；沉积在窥视孔石英片上的硅油，使镜片模糊，影响观察和测温，从而影响炉内温度的调节，甚至可以造成硅棒的温度过高而烧断。硅油具有强烈的吸水比，因而在拆炉时，硅油强烈的吸收空气中的水分同时游离出 HCI 而腐蚀设备，还会引起自燃爆炸，给生产带来麻烦。为了避免硅油的产生，可采用下列措施： 调节炉壁冷却热水温度，使炉壁温度控制在要求的温度； 停炉前降低冷却水流量，提高炉壁温度使硅油挥发。3.4.3 硅棒表而质量问颗影响硅棒表面质量的原因是多方面的,要根据具体情况具体分析。通过实践，主要有以下几种原因：(1)温度效应半导体材料从气相往载体上沉积的速度，当超过某一最大值(T最大)时，随着温度升高沉积速度反而下降。当载体温度超过T最大而表面瘟度波动不均匀时，在较冷的表面部分沉积速度决，热的表面沉积速度慢，这种非均匀沉积，产生微小的表面凹凸现象，而凸起的表面易散热而变冷，微小的凸起逐渐长大，形成小结和小瘤。当载体表面温度低于T最大 ，则与上述恰恰相反，表面温度起伏时，在热表面部位沉积速率快，出现微小凸起，但凸起表面由于散热而变冷，因此沉积速度又缓慢下来，这就是“自动调平”效应。因此，严格控制硅棒表明温度低于T最大 ，而又接近于T最大的某一合适的温度就能消除表面凹凸现象。一般说来，当温度低于T最大 ，随着温度的升高使硅的结晶变得粗大、光亮，温度越低，结晶变得细小，表面呈暗灰色，但温度不能过低，如低于1000 时，则会生成疏松的暗褐鱼不定形硅。硅棒表面温度不能过高，因为高温下(大于1200 )硅会发生逆腐蚀反应： 反应生成的HCl和SiCl4均能使硅在高温下腐蚀。所谓的“横梁腐蚀凹角”，主要是上述原因引起的。在横梁拐角处温度很高，当超过1200 时，则产生硅腐蚀而形成凹角。(2)扩散效应研究还原反应动力学时发现，沉积过程基本上是受扩散控制的。还原反应生成的氯化氢气体会在热载体表面形成气体层，如果反应混合气在载体周围某些部位的循环不足以消除气体层，则这些部位上容易沉积出针状或其他凸起物，而在这些凸起点上特别有利于硅的沉积，进而发展为小结、小瘤，相邻近小瘤连接在一起，其下面夹杂气体并使沉积硅的表面粗糙、疏松。硅还原反应的化学平衡研究表明，气态原料向载体表面扩散浓度的局部变化，反映在沉积硅棒上也要产生畸形生长。但气相中原料浓度达到使硅的沉积速度超过载体表面所能吸收并使之形成晶体的速度时，也会产生变形。综上所述，不难看出，要获得优质的多晶硅，就要严格控制在还原过程中的工艺条件，如原料的纯度(包括H2中的 02 和 H2O )、 SiHCl3 和 H2 的流量以及配比；还要严格控制反应温度等，只有这样，才能得到优质、合格的产品。3.5 热能的综合利用还原生产过程要消耗大量的电能，电能在炉内转化为热能，以维持还原炉内硅棒表面的温度在 1000 以上。由于还原炉内温度很高，因此炉筒需要用冷却水进行冷却。冷却水在冷却炉筒的同时，也带走了大量的热能。有关数据表明炉筒冷却水带走的热能大约占还原炉电能消耗的 80 % ，其热量非常可观。如果将升温后的冷却水简单地用循环水冷却后再返回去冷却还原炉，则被炉筒冷却水带走的热能就白白地浪费掉了，并且还需要一整套的换热设备及大量的循环水。在对还原炉进行冷却时，炉筒冷却水的温度从100左右升高接近 200，这样的热水可以用来生产低压蒸汽(压力小于0.5MPa)，产生出的低压蒸汽可应用于多晶硅生产中，比如精馏塔加热及溴化锂制冷机制冷等，从而减少锅炉蒸汽的需求量。因此，从降低多晶硅生产能耗及生产成本的角度出发，将还原炉冷却水带出的热能进行综合利用是必需的。为了从还原炉筒冷却水得到低压蒸汽，通常采用的方法是进行减压闪蒸。“闪蒸”又称平衡蒸馏，是一连续稳定过程，加热到一定温度的液体经节流阀或骤然减压到规定压力，部分液体迅速汽化，气液两相分开，得到的蒸汽从顶部出来。由于压力降低，液体在较低温度下沸腾，液体降温放出的显热作为汽化部分液体的潜热因而无需另行加热便可得到蒸汽。闪蒸过程的示意图如下：热水从还原炉中出来，温度接近 200 ，压力接近1MPa，汇集到热水总管并送入闪蒸罐(也叫绝热蒸发器)，在那里热水的压力骤然降低，闪蒸出规定压力的蒸汽送到精馏塔作为热源。热水被闪蒸后温度下降，用泵输送返回到还原炉作为冷却水，同样返回还原炉的还有从精馏塔出来的蒸汽冷凝液。这样整个系统构成一个大循环，还原炉的余热用在了精馏塔的加热上，热能得到了充分的利用。热能回收系统的流程示意图如集水罐的作用是汇集所有的热水，但整个循环系统中需要补充水时，补充的水也是加到集水罐中。图中虚线部分是不经绝热蒸发器的流程线路，还原炉出来的热水在换热器中被外部循环水冷却，然后进入集水罐返回还原炉。这条线路是为系统开车时使用的，待系统运行正常后，即启用绝热蒸发器 。该系统产生的蒸汽除了可以用于精馏塔以外，还可用于蒸汽型嗅化锂制冷机制取冷冻水。所以还原炉余热的综合利用，可为多晶硅厂节约大量的能耗(天然气、电能)，降低多晶硅成本，是非常重要的一个生产环节。3.6 工艺操作过程中具体问题的处理 3.6.1 突然停水怎么办？还原炉正常开炉时，炉壁、底盘、电极等设备都要求通冷却水，在操作过程中，有时水源中断，有时流量减少，需要正确处理。例如当炉壁冷却断水时，炉壁温度会升很快高(在还原过程后期，硅棒长得很粗，辐射热量很大，这个问题更加突出)。造成密封垫圈损坏；电极断水会使电极垫圈损坏而漏气。因此，当发现停水时，应及时寻找原因，迅速处理，当确定长时间停水时，应马上关闭电源降温，停止进炉混合气，作暂时停炉处理。注意以下几点：1 )发现全部冷却水断水，炉壁温度很高时，应迅速关闭水源总开关，同时切断电源停炉，赶